特許 6443374 エンジンの制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6443374

(24)【登録日】2018年12月7日

(45)【発行日】2018年12月26日

(54)【発明の名称】エンジンの制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/18 20060101AFI20181217BHJP

【ＦＩ】

   F02B37/18 A

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-66047(P2016-66047)

(22)【出願日】2016年3月29日

(65)【公開番号】特開2017-180199(P2017-180199A)

(43)【公開日】2017年10月5日

【審査請求日】2017年3月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】砂流 雄剛

(72)【発明者】

【氏名】西尾 貴史

(72)【発明者】

【氏名】坊田 亮郎

【審査官】 北村 亮

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−０９０６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２８０６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２７４８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１０９２３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気通路に設けられたタービン及び吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボ過給機と、前記排気通路において前記タービンをバイパスするバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブとを備えるエンジンの制御装置であって、
前記エンジンの充填効率の目標値である目標充填効率を設定する目標充填効率設定部と、
前記ウェイストゲートバルブの開度を前記目標充填効率に基づいて制御するバルブ制御部とを備え、
前記目標充填効率設定部は、
前記コンプレッサを通過する吸気の流量であるコンプレッサ通過流量の制限値を有し且つ、
前記制限値と、前記コンプレッサの上流圧力に基づいて設定された吸気密度と、を用いて前記エンジンの運転状態に応じた前記目標充填効率の上限値を算出し、前記目標充填効率が前記上限値を超えないように前記目標充填効率を制限する
ことを特徴とするエンジンの制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載されたエンジンの制御装置において、
前記目標充填効率設定部は、エンジン回転数に応じて可変に前記目標充填効率の上限値を設定する
ことを特徴とするエンジンの制御装置。

【請求項3】

排気通路に設けられたタービン及び吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボ過給機と、前記排気通路において前記タービンをバイパスするバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブとを備えるエンジンの制御装置であって、
前記エンジンの充填効率の目標値である目標充填効率を設定する目標充填効率設定部と、
前記ウェイストゲートバルブの開度を前記目標充填効率に基づいて制御するバルブ制御部とを備え、
前記目標充填効率設定部は、前記エンジンの運転状態に応じた前記目標充填効率の上限値を算出し、前記目標充填効率が前記上限値を超えないように前記目標充填効率を制限し、
前記目標充填効率設定部はまた、エンジン回転数に応じて可変に前記目標充填効率の上限値を設定し、
前記目標充填効率設定部はさらに、前記コンプレッサを通過する吸気の流量であるコンプレッサ通過流量の制限値を有し、該制限値に基づいて前記目標充填効率の上限値を設定する
ことを特徴とするエンジンの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示された技術は、ターボ過給機付きのエンジンを制御する制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、ターボ過給機を備えたエンジンとして、タービンをバイパスするバイパス通路が排気通路に設けられ、このバイパス通路にウェイストゲートバルブが設けられたエンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなエンジンでは、ウェイストゲートの開度を制御することにより、タービンを通過する排気の流量が調整されて、コンプレッサの駆動力、つまりはターボ過給機の作動による過給圧が制御される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０８−０６１０７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のようなエンジンにおいてウェイストゲートバルブの開度を制御する方法としては、運転者からの走行要求に応じた充填効率の目標値である目標充填効率を求め、目標充填効率に基づいて過給圧の目標値である目標過給圧を算出し、ウェイストゲートバルブの開度をその目標過給圧を実現するのに必要な開度に設定することが考えられる。

【0005】

しかし、そうした目標充填効率に基づくウェイストゲートバルブの開度制御では、エンジンの運転状態が高負荷高回転であるとき等、コンプレッサを通過する流量が比較的大きい場合には、ウェイストゲートバルブを全閉することで排気の全てがタービンを通過する状態として過給圧をなるべく高めるようにしても実現できない充填効率が目標充填効率に設定されることがある。この場合、実現できない目標充填効率のための目標過給圧を目指してウェイストゲートバルブが全閉し続けることになる。

【0006】

そうなると、タービンの上流側における排圧（一次排圧）が比較的長い時間に亘って上昇するため、排気効率が低下してしまい、失火の発生や燃費の悪化を招くおそれがある。また、コンプレッサに性能以上の仕事率が要求されることになるため、コンプレッサが過回転となるおそれがある。その上、ターボ過給機による過給圧の制御性が著しく悪くなって、ウェイストゲートバルブの開度制御を含むエンジンの運転制御が破綻し兼ねない。

【0007】

ここに開示された技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排圧の上昇による失火の発生や燃費の悪化とコンプレッサの過回転とを抑制し、且つ過給圧の制御性が著しく悪化するのを防止することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、ここに開示された技術では、ウェイストゲートバルブを全閉しても実現できない充填効率が目標充填効率に設定されないように目標充填効率の設定方法を工夫した。

【0009】

具体的には、ここに開示された技術は、排気通路に設けられたタービン及び吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボ過給機と、排気通路においてタービンをバイパスするバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブとを備えるエンジンの制御装置を対象とする。この制御装置は、エンジンの充填効率の目標値である目標充填効率を設定する目標充填効率設定部と、ウェイストゲートバルブの開度を目標充填効率に基づいて制御するバルブ制御部とを備える。そして、目標充填効率設定部は、前記コンプレッサを通過する吸気の流量であるコンプレッサ通過流量の制限値を有し且つ、前記制限値と、前記コンプレッサの上流圧力に基づいて設定された吸気密度と、を用いてエンジンの運転状態に応じた目標充填効率の上限値を設定し、目標充填効率が上限値を超えないように目標充填効率を制限する。

【0010】

この構成によると、目標充填効率設定部が目標充填効率を設定し、バルブ制御部がその目標充填効率に基づいてウェイストゲートバルブの開度を制御する。これにより、バイパス通路に流通する排気の流量、すなわちタービンをバイパスする排気の流量が調整されて、ターボ過給機の作動による過給圧が調整される。

【0011】

このとき、目標充填効率は、エンジンの運転状態に応じて設定される目標充填効率の上限値を超えないように設定されるので、目標充填効率がウェイストゲートバルブを全閉しても実現できない程に大きな充填効率に設定されるのを防止し、ウェイストゲートバルブが全閉され続ける期間を短縮できる。それにより、排圧の上昇に起因する失火の発生や燃費の悪化を抑制することができる。また、そうしたウェイストゲートバルブの開度制御によれば、コンプレッサに性能以上の仕事率が要求されることが無くなるので、コンプレッサが過回転となるのを抑制でき、且つ過給圧の制御性が著しく悪化するのを防止できる。

【0012】

上記のエンジンの制御装置において、目標充填効率設定部は、エンジン回転数に応じて可変に目標充填効率の上限値を設定することが好ましい。

【0013】

エンジンの充填効率は、エンジン回転数に応じて変わる。したがって、目標充填効率の上限値を固定値とすると、エンジン回転数如何によっては実現可能な充填効率がその上限値よりも大きいのに目標充填効率がそうした比較的低い上限値を超えないように制限されてしまい、その結果、エンジンの出力性能の低下を招くことが懸念される。

【0014】

これに対し、上記の構成によると、目標充填効率の上限値がエンジン回転数に応じて可変に設定されるので、エンジンの運転状態に合わせて目標充填効率の上限値を変えることができる。それにより、目標充填効率の上限値をエンジンに運転状態に応じて実現可能な充填効率に即して設定できるので、目標充填効率に上限値を設定することに起因してエンジンの出力性能が低下するのを防止できる。

【0015】

ここに開示された技術はまた、排気通路に設けられたタービン及び吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボ過給機と、排気通路においてタービンをバイパスするバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブとを備えるエンジンの制御装置を対象とする。この制御装置は、エンジンの充填効率の目標値である目標充填効率を設定する目標充填効率設定部と、ウェイストゲートバルブの開度を目標充填効率に基づいて制御するバルブ制御部とを備える。前記目標充填効率設定部は、前記エンジンの運転状態に応じた前記目標充填効率の上限値を算出し、前記目標充填効率が前記上限値を超えないように前記目標充填効率を制限し、前記目標充填効率設定部はまた、エンジン回転数に応じて可変に前記目標充填効率の上限値を設定し、目標充填効率設定部はさらに、コンプレッサを通過する吸気の流量であるコンプレッサ通過流量に設定された一定の制限値を有し、その制限値に基づいて目標充填効率の上限値を設定する。

【0016】

エンジンの充填効率はコンプレッサ通過流量に依存し、コンプレッサ通過流量はコンプレッサの運転状態を示すパラメータの１つである。コンプレッサの回転速度に限界があるのと同様にコンプレッサ通過流量にも限界があり、コンプレッサにはコンプレッサ通過流量がチョークする運転領域が存在する。コンプレッサ通過流量がチョークする運転領域では、コンプレッサが過回転となる。

【0017】

上記の構成によると、コンプレッサ通過流量に一定の制限値を設定するだけで目標充填効率の上限値をエンジンの回転数に応じて可変に設定することができる。また、コンプレッサ通過流量の制限値をチョークする流量を考慮してそれ以下に設定することで、コンプレッサ通過流量がチョークする運転領域でコンプレッサが運転されるのを回避することができる。それにより、コンプレッサが過回転とならないようにして、過給圧の制御性が著しく悪化するのを防止できる。

【発明の効果】

【0018】

上記エンジンの制御装置によれば、排圧の上昇による失火の発生や燃費の悪化とコンプレッサの過回転とを抑制し、且つ過給圧の制御性が著しく悪化するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】エンジンの概略構成図である。

【図2】ＥＣＵの機能構成図である。

【図3】ＷＧバルブの開度制御を示すフローチャートである。

【図4】コンプレッサ性能マップのイメージ図である。

【図5】目標充填効率の設定方法を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0021】

図１に、この実施形態に係る制御装置が適用されたエンジン１の概略構成図を示す。

【0022】

エンジン１は、過給機付きの火花点火式直噴エンジンであって、主に、図１に示すように、吸気（空気）と燃料との混合気を燃焼させるエンジン本体３と、エンジン本体３に導入される吸気が流通する吸気通路５と、エンジン本体３での混合気の燃焼により発生した排気が流通する排気通路７と、排気のエネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給機８と、外部ＥＧＲを行うための外部ＥＧＲ機構９と、当該エンジン１の制御に利用される情報を検出するセンサ類と、当該エンジン１の全体を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）１１とを備える。

【0023】

＜エンジン本体＞
エンジン本体３は、複数の気筒１３（例えば４つ、図１では１つのみ示す）が直列に設けられたシリンダブロック１５と、このシリンダブロック１５上に配置されたシリンダヘッド１７とを備える。これらシリンダブロック１５及びシリンダヘッド１７の内部には、図示しないが、エンジン冷却水が流れるウォータジャケットが設けられている。

【0024】

各気筒１３には、混合気を燃焼させる燃焼室１９を区画するピストン２１が往復動可能に嵌め入れられている。このピストン２１は、コネクティングロッド２３を介してクランクシャフト２５に連結されている。さらに、エンジン本体３には、インジェクタと呼ばれる燃料噴射装置２７が設けられている。燃料噴射装置２７は、ＥＣＵ１１からの制御信号に従って、所定のタイミングで燃焼室１９に向けて燃料（例えばガソリン）を噴射する。

【0025】

シリンダヘッド１７には、気筒１３毎に、燃焼室１９の天井面にそれぞれ開口した吸気ポート２９及び排気ポート３１が形成されている。吸気ポート２９には、その燃焼室１９側の開口を開閉する吸気バルブ３３が設けられている。他方、排気ポート３１には、その燃焼室１９側の開口を開閉する排気バルブ３５が設けられている。

【0026】

シリンダヘッド１７にはさらに、吸気バルブ３３を駆動する吸気カムシャフト３４と、排気バルブ３５を駆動する排気カムシャフト３６とが設けられている。これら吸気カムシャフト３４及び排気カムシャフト３６は、図示しない動力伝達機構を介してクランクシャフト２５に連結されている。

【0027】

吸気カムシャフト３４は、クランクシャフト２５に連動して回転することにより、吸気バルブ３３を開位置と閉位置との間で往復駆動する。この駆動によって、吸気バルブ３３は、吸気ポート２９を所定のタイミングで開閉する。同様に、排気カムシャフト３６は、クランクシャフト２５に連動して回転することにより、排気バルブ３５を開位置と閉位置との間で往復駆動する。この駆動によって、排気バルブ３５は、排気ポート３１を所定のタイミングで開閉する。

【0028】

そして、シリンダヘッド１７には、吸気カムシャフト３４の回転角位相を進角又は遅角させる吸気バルブタイミング可変機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing、以下「吸気ＶＶＴ」と称する）３７と、排気カムシャフト３６の回転角位相を進角又は遅角させる排気バルブタイミング可変機構（以下「排気ＶＶＴ」と称する）３８とが設けられている。

【0029】

吸気ＶＶＴ３７は、例えば電磁バルブを用いて構成されている。吸気バルブ３３の開閉時期は、吸気ＶＶＴ３７による進角動作又は遅角動作に応じて連続的に変更される。他方、排気ＶＶＴ３８は、例えば油圧式のソレノイドバルブを用いて構成されている。排気バルブ３５の開閉時期は、排気ＶＶＴ３８による進角動作又は遅角動作に応じて連続的に変更される。

【0030】

また、シリンダヘッド１７には、気筒１３毎に、燃焼室１９内の混合気に点火する点火プラグ３９が設けられている。点火プラグ３９は、ＥＣＵ１１からの制御信号に従って、所定のタイミングで火花を発生し、その火花によって混合気を爆発燃焼させる。この爆発燃焼により、ピストン２１が気筒１３内を往復運動し、そのピストン２１の往復運動がクランクシャフト２５の回転運動に変換されてトルク（回転動力）として出力される。

【0031】

＜吸気通路＞
吸気通路５には、上流側から順に、外部から吸入される空気中に含まれるゴミ等の異物を取り除いて吸気を浄化するエアクリーナ４０と、通過する吸気を昇圧させるコンプレッサ４１と、通過する吸気を冷却するインタークーラ４３と、エンジン本体３に導入される吸気の流量を調節するスロットルバルブ４５と、エンジン本体３に供給される吸気を一時的に蓄えるサージタンク４７とが設けられている。

【0032】

吸気通路５にはさらに、コンプレッサ４１の下流側と上流側とを接続する吸気バイパス通路４９が設けられている。この吸気バイパス通路４９には、当該吸気バイパス通路４９を流通する吸気の流量を調節するバイパスバルブ５１が設けられている。バイパスバルブ５１は、例えば、吸気バイパス通路４９を全閉状態と全開状態とに切り換え可能な、いわゆるオンオフバルブである。

【0033】

これら吸気バイパス通路４９及びバイパスバルブ５１は、コンプレッサ４１によって過給された吸気の一部をコンプレッサ４１の上流側に環流するための機構を構成している。バイパスバルブ５１は、例えば、サージングと呼ばれるコンプレッサ４１での吸気の逆流現象が生じることが予測される場合に、ＥＣＵ１１からの制御信号に応じて開けられる。

【0034】

吸気通路５のうちサージタンク４７よりも下流側の部分は、詳しくは図示しないが、エンジン本体３の気筒１３毎に分岐した複数の独立吸気通路を有する吸気マニホールド５２によって構成されている。サージタンク４７は、この吸気マニホールド５２に含まれている。

【0035】

＜排気通路＞
排気通路７には、上流側から順に、通過する排気によって回転するタービン５３と、排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）等の有害な大気汚染物質を浄化する排気浄化装置５５とが設けられている。

【0036】

排気浄化装置５５は、例えば、三元触媒などの排気浄化用の触媒を内部に担持した触媒コンバータ６１を２つ併用してなる。排気通路７のうち排気バイパス通路５７よりも上流側の部分は、詳しくは図示しないが、エンジン本体３の気筒１３毎に分岐した複数の独立排気通路を有する排気マニホールド６０を含む。

【0037】

排気通路７にはさらに、当該排気通路７に流通する排気を、タービン５３をバイパスして流すための排気バイパス通路５７が設けられている。この排気バイパス通路５７には、当該排気バイパス通路５７を流通する排気の流量を調節するウェイストゲートバルブ（以下、「ＷＧバルブ」と称する）５９が設けられている。このＷＧバルブ５９は、排気バイパス通路５７の開度を全開状態と全閉状態との間で連続的に又は多段階に変化させることが可能な、いわゆるリニアバルブである。

【0038】

＜ターボ過給機＞
ターボ過給機８は、吸気通路５に設けられた上記コンプレッサ４１と、排気通路７に設けられた上記タービン５３とを備える。これらコンプレッサ４１とタービン５３とは、シャフトを介して連結されており、一体に回転するようになっている。このターボ過給機８では、排気の流れを受けてタービン５３が回転すると、そのタービン５３の回転力を利用してコンプレッサ４１が吸気を下流側に送り込み、吸気を圧縮（過給）する。

【0039】

＜外部ＥＧＲ機構＞
外部ＥＧＲ機構９は、排気通路７に排出された排気の一部を吸気通路５へ還流させるＥＧＲ通路６３と、ＥＧＲ通路６３を通じて還流させる排気を冷却するＥＧＲクーラ６５と、ＥＧＲ通路６３を流通する排気の還流量、つまりＥＧＲ流量を制御するＥＧＲバルブ６７とを備える。

【0040】

ＥＧＲ通路６３は、吸気マニホールド５２と排気マニホールド６０とを接続し、それら両マニホールド５２，６０を連通させている。ＥＧＲクーラ６５及びＥＧＲバルブ６７は、ＥＧＲ通路６３に、その上流側（排気通路７側）から順に設けられている。ＥＧＲバルブ６７は、ＥＧＲ通路６３の開度を全開状態と全閉状態との間で連続的に又は多段階に変化させることが可能なリニアバルブである。

【0041】

＜センサ類＞
センサ類は、上述したエンジン本体３、吸気通路５、排気通路７及び外部ＥＧＲ機構９の各所に設けられている。

【0042】

具体的には、エンジン本体３においては、クランクシャフト２５の回転角度を検出するクランク角センサ６９と、ウォータジャケット内のエンジン冷却水の温度であるエンジン水温を検出する水温センサ７０と、吸気カムシャフト３４のカム角度を検出する吸気カム角度センサ７１と、排気カムシャフト３６のカム角度を検出する排気カム角度センサ７２とが設けられている。

【0043】

吸気通路５においては、エアクリーナ４０とコンプレッサ４１との間で吸気流量を検出するエアフローセンサ７３が設けられている。このエアフローセンサ７３は、吸気温度を検出する温度センサを内蔵している。さらに、コンプレッサ４１とスロットルバルブ４５との間で且つインタークーラ４３の下流側の吸気通路５には、ターボ過給機８により圧縮された吸気の圧力、つまり過給圧を検出する第１吸気圧センサ７５が設けられている。

【0044】

吸気通路５にはさらに、スロットルバルブ４５の開度を検出するスロットル開度センサ７７が設けられている。また、スロットルバルブ４５の下流側の吸気通路５、詳しくはサージタンク４７には、当該サージタンク４７内の圧力であるインマニ圧を検出する第２吸気圧センサ７９が設けられている。この第２吸気圧センサ７９は、サージタンク４７内の温度であるインマニ温を検出する温度センサを内蔵している。

【0045】

排気通路７においては、ウェイストゲートバルブ５９の開度を検出するＷＧ開度センサ８１が設けられている。さらに、タービン５３と排気浄化装置５５との間の排気通路７と、２つの触媒コンバータ６１の間の排気通路７とには、Ｏ_２センサ８３，８５がそれぞれ設けられている。これら２つのＯ_２センサ８３，８５の検出値は、燃焼室１９内の空燃比をフィードバック制御するのに利用される。

【0046】

また、外部ＥＧＲ機構９においては、ＥＧＲバルブ６７の開度を検出するＥＧＲ開度センサ８７が設けられている。さらに、ＥＧＲクーラ６５とＥＧＲバルブ６７との間のＥＧＲ通路６３には、ＥＧＲバルブ６７の上流側における排気の圧力であるＥＧＲバルブ上流圧力を検出する排圧センサ８９が設けられている。

【0047】

その他、エンジン１は、大気圧を検出する大気圧センサ９１や、自動車の速度を検出する車速センサ９３、アクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度を検出するアクセルセンサ９５などを備える。

【0048】

自動車の運転中は、これら各種のセンサ６９〜９５の検出値が、ＥＣＵ１１に出力されるようになっている。

【0049】

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）とかＲＡＭ（Random Access Memory）といった内部メモリ等のハードウェアと、ＯＳ（Operating System）等の基本制御プラグラムやＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含むソフトウェアとで構成されたコンピュータであり、上記センサ類の検出値に基づいてＷＧバルブ５９の開度制御を含むエンジン１の運転を総合的に制御する。なお、ＥＣＵ１１は、エンジン１の制御装置の一例である。

【0050】

図２に、ＷＧバルブ５９の開度制御に関わる部分を中心とした、ＥＣＵ１１の機能構成図を示す。ＥＣＵ１１は、図２に示すように、機能的には、ＷＧバルブ５９の開度を制御するＷＧバルブ制御部１０１と、吸気ポート２９から気筒１３に導入される新気のうち排気ポート３１に抜ける新気の割合である新気吹き抜け率Ｐｔを算出する新気吹き抜け率算出部１０３と、エンジン１の運転状態に応じた充填効率の目標値である目標充填効率ηｃ_ｔａｒを設定する目標充填効率設定部１０５と、各種データを記憶する記憶部１０７とを備える。

【0051】

ＷＧバルブ制御部１０１は、エンジン１に要求される出力トルクの目標値（以下、「目標トルク」と称する）を基準とした制御、いわゆるトルクベース制御に従ってＷＧバルブ５９の開度を制御する。トルクベース制御では、ＷＧバルブ５９の開度を含め、スロットルバルブ４５やバイパスバルブ５１、ＥＧＲバルブ６７の開度、点火プラグ３９による点火時期、吸気バルブ３３及び排気バルブ３５の開閉時期、燃料の噴射量などの制御機器に設定される制御値が、目標トルクを達成するように様々に変更される。

【0052】

そうしたトルクベース制御では、エンジン１の運転状態によって、吸気行程中に吸気バルブ３３及び排気バルブ３５の両方が開くバルブオーバーラップが設定される場合がある。そのような場合、吸気ポート２９を介して気筒１３に取り込まれた新気がそのまま排気ポート３１から排出される新気の吹き抜けが生じる。バルブオーバーラップは、例えば、気筒１３の掃気を促進したいときや、気筒１３の温度を低下させたいとき、タービン５３を通過する排気の流量を増加させたいとき等に設定される。

【0053】

トルクベース制御の中で特にＷＧバルブ５９の開度制御について、以下に、図３を参照しながら説明する。図３は、ＷＧバルブ５９の開度制御について示すフローチャートである。

【0054】

ＷＧバルブ制御部１０１は、図３に示すように、まず、エンジン１の運転状態を検知する（ステップＳ１）。具体的には、クランク角センサ６９の検出値から求められるエンジン回転数、車速センサ９３によって検出される車速、アクセルセンサ９５によって検出されるアクセル開度、変速比等が、エンジン１の運転状態に関する情報として、ＥＣＵ１１に読み込まれる。

【0055】

次いで、ＷＧバルブ制御部１０１は、これら運転状態に関する情報（アクセル開度、車速、変速比）を用い、記憶部１０７に予め記憶されている加速度マップを参照してアクセル開度に応じた加速度の目標値（以下、「目標加速度」と称する）を取得する（ステップＳ２）。加速度マップには、アクセル開度及び車速とそれらに応じた加速度とが変速比毎に関連付けて規定されている。目標加速度は、アクセル開度、車速及び変速比をその加速度マップに照らし合わせることにより設定される。

【0056】

続いて、ＷＧバルブ制御部１０１は、その目標加速度を実現するのに必要な目標トルクを、車速やアクセル開度に基づいて取得する（ステップＳ３）。そして、ＷＧバルブ制御部１０１は、目標トルクを実現するのに必要な目標充填効率ηｃ_ｔａｒを取得する（ステップＳ４）。目標充填効率ηｃ_ｔａｒは、目標充填効率設定部１０５により、エンジン回転数に応じて可変に設定される上限値（上限充填効率ηｃ_ｍaｘ）を超えないように設定される。この目標充填効率ηｃ_ｔａｒの設定方法は、後に詳述する。

【0057】

次に、ＷＧバルブ制御部１０１は、その目標充填効率ηｃ_ｔａｒとエンジン回転数とに基づき、記憶部１０７に予め記憶されている過給圧マップを参照して目標過給圧を取得する（ステップＳ５）。過給圧マップには、目標充填効率ηｃ_ｔａｒ及びエンジン回転数と、それらに対応した目標過給圧とが関連付けて規定されている。目標過給圧は、目標充填効率設定部１０５によって設定される目標充填効率ηｃ_ｔａｒと、エンジン回転数とを、その過給圧マップに照らし合わせることにより設定される。

【0058】

さらに、ＷＧバルブ制御部１０１は、その目標過給圧に基づいて、タービン５３を通過する排気の流量の目標値（以下、「目標タービン流量」と称する）を取得する（ステップＳ６）。詳しくは、目標タービン流量は、コンプレッサ４１の駆動力の目標値である目標コンプレッサ出力やエンジン回転数などに基づいて取得される。目標コンプレッサ出力は、目標過給圧に基づいて求められる。

【0059】

次いで、ＷＧバルブ制御部１０１は、目標タービン流量を実現するのに必要なＷＧバルブ５９の開度の目標値である目標ＷＧ開度を設定する（ステップＳ７）。詳しくは、目標ＷＧ開度は、目標タービン流量と排気の総流量とに基づいて求められる。そして、ＷＧバルブ制御部１０１は、ＷＧバルブ５９の開度が目標ＷＧ開度となるようにＷＧバルブ５９の開度を駆動するための制御信号を出力し、ＷＧバルブ５９の開度を制御する（ステップＳ８）。

【0060】

上記のようなＷＧバルブ５９の開度制御において、目標充填効率設定部１０５は、エンジン１の運転状態に応じた目標充填効率ηｃ_ｔａｒの上限値である上限充填効率ηｃ_ｍaｘを算出し、目標充填効率ηｃ_ｔａｒが上限充填効率ηｃ_ｍaｘを超えないように目標充填効率ηｃ_ｔａｒを制限する。上限充填効率ηｃ_ｍaｘの算出には、新気吹き抜け率算出部１０３によって算出される新気吹き抜け率Ｐｔが必要である。

【0061】

新気吹き抜け率算出部１０３は、記憶部１０７に予め記憶されている吹き抜け率マップを参照して新気吹き抜け率Ｐｔの基本値を取得する。吹き抜け率マップには、吸気バルブ３３及び排気バルブ３５のオーバーラップ量（すなわちオーバーラップ期間）及び吸気圧と、それらに対応した新気吹き抜け率Ｐｔの基本値とが関連付けて規定されている。新気吹き抜け率Ｐｔの基本値は、吸気バルブ３３及び排気バルブ３５のオーバーラップ量と吸気圧とを吹き抜け率マップに照らし合わせることにより取得される。

【0062】

ここで、吸気圧には、第２吸気圧センサ７９によって検出されるインマニ圧が用いられる。吸気バルブ３３及び排気バルブ３５のオーバーラップ量は、吸気バルブ３３の開閉時期と、排気バルブ３５の開閉時期とから求められる。吸気バルブ３３の開閉時期は、吸気カム角度センサ７１によって検出される吸気カムシャフト３４のカム角度から求められる。排気バルブ３５の開閉時期は、排気カム角度センサ７２によって検出される排気カムシャフト３６のカム角度から求められる。

【0063】

新気吹き抜け率算出部１０３はさらに、記憶部１０７に予め記憶されている補正マップを参照して新気吹き抜け率Ｐｔの補正項を取得する。補正マップには、エンジン回転数と、それに対応した新気吹き抜け率Ｐｔの補正項とが関連付けて規定されている。新気吹き抜け率Ｐｔの補正項は、エンジン回転数を補正マップに照らし合わせることにより取得される。

【0064】

そして、新気吹き抜け率算出部１０３は、そうして取得された補正項を新気吹き抜け率Ｐｔの基本値に乗算することにより、新気吹き抜け率Ｐｔを算出する。

【0065】

目標充填効率設定部１０５は、運転者からの走行要求に応じた充填効率の要求値である要求充填効率ηｃ_ｒｅｑを算出する要求充填効率算出部１０９と、上限充填効率ηｃ_ｍaｘを算出する上限充填効率算出部１１１とを備える。

【0066】

要求充填効率算出部１０９は、目標トルクと、エンジン回転数と、図示平均有効圧力の目標値である目標図示平均有効圧力とに基づいて、要求充填効率を算出する。目標図示平均有効圧力は、目標トルクと、トルク損失となる機械抵抗やポンプ損失（ポンピングロス）とに基づいて算出される。

【0067】

上限充填効率算出部１１１は、コンプレッサ４１を通過する吸気の流量であるコンプレッサ通過流量について予め設定された一定の制限値Ｑ_ｌｉｍを有する。コンプレッサ通過流量は、コンプレッサ４１の運転状態を示すパラメータの１つである。このコンプレッサ通過流量の制限値Ｑ_ｌｉｍの設定方法について、以下に、図４を参照しながら説明する。図４は、コンプレッサ性能マップのイメージ図である。

【0068】

ターボ過給機８は、図４にコンプレッサ性能マップとして示されているようなコンプレッサ性能を有する。

【0069】

コンプレッサ性能マップには、図４に破線で示すサージラインＳＬよりもコンプレッサ通過流量が少ない領域に、いわゆるサージ領域（右上がりの斜線を付した領域）が規定されている。サージ領域は、コンプレッサ通過流量とコンプレッサ圧力比との関係で規定される。このサージ領域では、コンプレッサ通過流量に対して、コンプレッサ圧力比が高すぎるため、コンプレッサ４１で過給された吸気がコンプレッサ４１に逆流する現象、いわゆるサージングが発生し得る。

【0070】

また、コンプレッサ性能マップには、図４に破線で示すチョークラインＣＬよりもコンプレッサ通過流量が多い領域に、いわゆるチョーク領域（左上がりの斜線を付した領域）が規定されている。チョーク領域は、コンプレッサ通過流量で規定される。このチョーク領域では、コンプレッサ４１が過回転となって、それ以上のコンプレッサ通過流量が制限される、チョークと呼ばれる現象が発生する。

【0071】

コンプレッサ４１は、それらサージラインＳＬとチョークラインＣＬとの間の運転領域で安定的に運転される。また、エンジン１には、ＷＯＴ（Wide-Open Throttle）状態で要求される出力性能を満たすために必要なコンプレッサ通過流量が存在する。したがって、コンプレッサ通過流量の制限値Ｑ_ｌｉｍは、ＷＯＴ状態で必要なコンプレッサ通過流量とチョークラインＣＬを規定するコンプレッサ通過流量との間に設定される。

【0072】

図５に、目標充填効率設定部１０５による目標充填効率ηｃ_ｔａｒの設定方法についてのブロック図を示す。上限充填効率算出部１１１は、コンプレッサ通過流量の制限値Ｑ_ｌｉｍに基づき、エンジン回転数に応じて可変に上限充填効率ηｃ_ｍaｘを設定する。

【0073】

具体的には、図５に示すように、上限充填効率算出部１１１は、まず、コンプレッサ４１の上流側における吸気の圧力であるコンプレッサ上流圧力と、エアフローセンサ７３によって検出される吸気温度とに基づいて、以下の式（１）によりコンプレッサ４１の上流側における吸気の密度ρ_ｉａを算出する。
ρ_ｉａ＝（１÷Ｔ）×（Ｐ÷Ｒａ）・・・（１）
ここで、「Ｔ」は、コンプレッサ上流温度（吸気温度）［Ｋ］である。「Ｐ」は、コンプレッサ上流圧力［Ｐａ］である。コンプレッサ上流圧力は、大気圧に相当する。このため、コンプレッサ上流圧力としては、大気圧センサ９１によって検出される大気圧が用いられる。「Ｒａ」は、空気の気体定数［Ｊ／Ｋ・ｍоｌ］である。

【0074】

次いで、上限充填効率算出部１１１は、そうして算出される吸気の密度ρ_ｉａを上述したコンプレッサ通過流量の制限値Ｑ_ｌｉｍに乗算することにより、コンプレッサ通過流量の質量流量の最大値である最大質量流量Ｍ_ｃｏｍｐを算出する。

【0075】

さらに、上限充填効率算出部１１１は、その最大質量流量Ｍ_ｃｏｍｐを、エンジン回転数に基づいて以下の式（２）により気筒１３内に導入される吸気の流量であるシリンダ流量に変換することで、シリンダ流量の最大値である最大シリンダ流量Ｍ_ｃｙｌを算出する。
Ｍ_ｃｙｌ＝Ｍ_ｃｏｍｐ÷（Ｒｆ_ｅｎｇ÷３０）・・・（２）
ここで、「Ｒｆ_ｅｎｇ」は、エンジン回転数である。

【0076】

そして、上限充填効率算出部１１１は、そうして算出される最大シリンダ流量Ｍ_ｃｙｌを、新気吹き抜け率Ｐｔや標準状態（所定の温度や圧力などにより規定された状態、以下同じ）における空気の密度、気筒１３の容積を考慮して充填効率に変換することにより、上限充填効率ηｃ_ｍaｘを算出する。詳細には、上限充填効率算出部１１１は、新気吹き抜け率算出部１０３によって算出される新気吹き抜け率Ｐｔを１から減算することにより、気筒１３内に充填される新気の流量である新気充填量Ｖ_ｉａを算出する。そして、上限充填効率算出部１１１は、その新気充填流量Ｖ_ｉａを、標準状態における空気の密度（約１．２ｋｇ［ｋｇ／ｍ^３］）と、気筒１３の容積とでそれぞれ除算することにより、上限充填効率ηｃ_ｍaｘを算出する。

【0077】

目標充填効率設定部１０５は、要求充填効率算出部１０９によって算出される要求充填効率ηｃ_ｒｅｑと、上限充填効率算出部１１１によって算出される上限充填効率ηｃ_ｍaｘとを比較し、それらのうち小さい方を目標充填効率ηｃ_ｔaｒに設定する。すなわち、要求充填効率ηｃ_ｒｅｑが上限充填効率ηｃ_ｍaｘ以下である場合には、要求充填効率ηｃ_ｒｅｑを目標充填効率ηｃ_ｔaｒに設定し、要求充填効率ηｃ_ｒｅｑが上限充填効率ηｃ_ｍaｘよりも大きい場合には、上限充填効率ηｃ_ｍaｘを目標充填効率ηｃ_ｔaｒに設定する。

【0078】

こうした目標充填効率ηｃ_ｔaｒの設定方法に従えば、目標充填効率ηｃ_ｔaｒが、エンジン１の運転状態に応じて実現可能な上限充填効率ηｃ_ｍaｘを超えないように設定されるので、目標充填効率ηｃ_ｔaｒがＷＧバルブ５９を全閉しても実現できない程に大きな充填効率に設定されることがなくなり、ＷＧバルブ５９が全閉され続ける期間が短縮される。

【0079】

したがって、この実施形態に係るエンジン１のＥＣＵ１１によると、排圧の上昇に起因する失火の発生や燃費の悪化を抑制することができる。また、コンプレッサ４１に性能以上の仕事率が要求されることが無くなるので、コンプレッサ４１が過回転となるのを抑制でき、且つ過給圧の制御性が著しく悪化するのを防止できる。その結果、ターボ過給機８の信頼性を確保し、エンジン１の運転制御の安定化を図ると共に、自動車の運転性や燃費の悪化を防止することができる。

【0080】

以上のように、本出願に開示する技術の例示として、好ましい実施形態を説明した。しかし、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須でない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることを以て、直ちにそれらの必須でない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

【0081】

例えば、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

【0082】

上記実施形態では、コンプレッサ通過流量に予め設定された一定の制限値Ｑ_ｌｉｍに基づいて上限充填効率ηｃ_ｍaｘを設定するとしたが、これに限らない。当該制限値Ｑ_ｌｉｍは、他のパラメータに依存して変更される可変の値であってもよい。また、上限充填効率ηｃ_ｍaｘは、コンプレッサ通過流量とは別のパラメータを基準としてエンジン１の運転状態に応じて可変に設定してもよい。

【0083】

また、上記実施形態では、コンプレッサ通過流量を、エアフローセンサ７３の検出値とする、いわゆるＬジェトロニック方式で求める例を説明したが、これに限らない。当該コンプレッサ通過流量は、スロットル開度センサ７７によって検出されるスロットルバルブ４５の開度と、第１吸気圧センサ７５によって検出される過給圧と、第２吸気圧センサ７９によって検出されるインマニ圧及びインマニ温とに基づいて算出する、いわゆるＤジェトロニック方式で求めてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0084】

以上説明したように、ここに開示した技術は、ターボ過給機を備えたエンジンの制御装置について有用である。

【符号の説明】

【0085】

１…エンジン、３…エンジン本体、５…吸気通路、７…排気通路、８…ターボ過給機、
９…外部ＥＧＲ機構、１１…ＥＣＵ（エンジンの制御装置）、１３…気筒、
１５…シリンダブロック、１７…シリンダヘッド、１９…燃焼室、２１…ピストン、
２３…コネクティングロッド、２５…クランクシャフト、２７…燃料噴射装置、
２９…吸気ポート、３１…排気ポート、３３…吸気バルブ、３４…吸気カムシャフト、
３５…排気バルブ、３６…排気カムシャフト、３７…吸気ＶＶＴ、３８…排気ＶＶＴ、
３９…点火プラグ、４０…エアクリーナ、４１…コンプレッサ、
４３…インタークーラ、４５…スロットルバルブ、４７…サージタンク、
４９…吸気バイパス通路、５１…バイパスバルブ、５２…吸気マニホールド、
５３…タービン、５５…排気浄化装置、５７…排気バイパス通路、
５９…ウェイストゲートバルブ、６０…排気マニホールド、６１…触媒コンバータ、
６３…ＥＧＲ通路、６５…ＥＧＲクーラ、６７…ＥＧＲバルブ、
６９…クランク角センサ、７０…水温センサ、７１…吸気カム角度センサ、
７２…排気カム角度センサ、７３…エアフローセンサ、７５…第１吸気圧センサ、
７７…スロットル開度センサ、７９…第２吸気圧センサ、８１…ＷＧ開度センサ、
８３，８５…Ｏ_２センサ、８７…ＥＧＲ開度センサ、８９…排圧センサ、
９１…大気圧センサ、９３…車速センサ、９５…アクセルセンサ、
１０１…ＷＧバルブ制御部、１０３…新気吹き抜け率算出部、
１０５…目標充填効率設定部、１０７…記憶部、１０９…要求充填効率算出部、
１１１…上限充填効率算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】